'
'
CHAPITRE'3'
'
'
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'
Variabilité' qualitative' et' quantitative' de'
l’environnement' trophique' des' recrues'
de'bivalves'
)
Chapitre)3)) )
)
I. CONTEXTE)
!
La! ressource! trophique! est! un! des! facteurs! majeurs! structurant! les! écosystèmes,! car! la! disponibilité,!la!qualité,!la!quantité!et!l’accès!à!cette!ressource!déterminent!en!partie!la!présence!ou! l’absence! des! espèces,! l’abondance! des! organismes! et! les! interactions! entre! les! différentes! composantes!des!réseaux!trophiques!(Wiegert!&!Owen,!1971).!Les!producteurs!primaires!(organismes! dont!la!production!de!matière!organique!est!autotrophe)!sont!à!la!base!des!réseaux!trophiques!des! écosystèmes!et!sont!consommés!par!des!herbivores!et!omnivores!des!échelons!trophiques!supérieurs.! En! milieu! marin! côtier,! les! organismes! qui! participent! à! la! production! primaire! sont! largement! dominés! par! les! micro;! et! macroalgues.! Les! microalgues,! et! particulièrement! les! diatomées,! sont! responsables! de! la! majorité! de! la! production! du! dioxygène! et! de! la! séquestration! du! dioxyde! de! carbone!atmosphérique.!Elles!produisent,!à!l’échelle!de!la!planète,!autant!de!carbone!organique!que! l’ensemble!des!forêts!tropicales!réunies!(Armbrust,!2009).!Les!microalgues!sont!des!composantes!des! compartiments! pélagique! et! benthique! et! correspondent! respectivement! au! phytoplancton! et! au! microphytobenthos.! Les! écosystèmes! côtiers! sont! particulièrement! contrôlés! par! la! production! primaire! car! la! biomasse! des! autotrophes! photosynthétiques! et! leur! productivité! est! la! plus! importante! (Figure! 23).! Ceci! s’explique! par! le! fait! que! les! masses! d’eau! côtières! sont! largement! enrichies! en! nutriments! issus! des! terres! émergées! et! transportés! par! les! rivières! (Borum! &! Sand; Jensen,! 1996!;! Nixon,! 1995!;! Pearl,! 1997).! Ainsi,! la! réponse! des! eaux! côtières! aux! variations! des! concentrations! en! nutriments! se! traduit! par! des! modifications! de! la! structure! et! de! la! biomasse! des! communautés!phytoplanctoniques!(Landry!et!al.,!1997).!!
Les! producteurs! primaires,! qu’ils! soient! benthiques! ou! pélagiques,! vivants! ou! non,! participent! en! grande! partie! à! la! composition! de! la! matière! organique! particulaire! (MOP),! en! plus! d’autres! composantes!telles!que!les!bactéries!hétérotrophes,!le!zooplancton!et!la!matière!détritique!(Bodineau! et!al.,!1999).!La!MOP!est!consommée!par!des!organismes!benthiques!suspensivores,!déposivores!ou! mixtes.!A!cet!égard,!les!bivalves,!qui!constituent!dans!les!zones!tempérées!une!part!importante!de!la! biomasse! et! de! l’abondance! des! assemblages! benthiques! (Cugier! et! al.,)2010!;! Thorin! et! al.,! 2001),! sont! sensibles! dans! leur! développement! à! la! qualité! de! cette! ressource! trophique! puisque! celle;ci! conditionne! les! différentes! étapes! cruciales! de! leur! vie! comme! la! croissance,! la! maturation,! la! fécondité!des!adultes,!la!flottabilité,!la!fixation!et!la!métamorphose!des!larves!(Berntsson!et!al.,!1997;! Harii!et!al.,!2007!;!Laing!&!Millican,!1986;!Nerot!et!al.,!2012;!Richardson!et!al.,!1980!;!Thiyagarajan!et! al.!2002!;!Tremblay!et!al.!2007!;!Utting,!1988!;!Pernet!et!al.!2004).!Ainsi,!pour!décrire!précisément!les! variations!de!la!qualité!et!de!la!quantité!de!la!ressource!trophique!des!bivalves,!facteur!de!modulation!
Chapitre)3)) )
du! renouvellement! des! populations,! il! est! nécessaire! d’utiliser! une! combinaison! de! techniques! et! d’analyses!complémentaires!de!pointe.!
!
!
Figure'23)Concentration)mensuelle)moyenne)(mg)m-3))de)la)chlorophylle)a-de)surface)de)janvier)2013) à)décembre)2014)des)côtes)européennes.)Carte)générée)à)partir)des)données)de)la)NASA)(National) Aeronautics) and) Space) Administration)) -) GIOVANNI) Ocean) Colour) Radiometry) online) visualization) and)analysis))
(http://gdata1.sci.gsfc.nasa.gov/daac-bin/G3/gui.cgi?instance_id=ocean_model))
!
Un! des! moyens! de! quantification! de! la! production! primaire! est! la! mesure! de! la! concentration! en! chlorophylle!a!;! largement! utilisée! de! par! la! simplicité! de! sa! mesure! et! par! sa! capacité! à! fournir! un! estimateur! fiable! de! la! biomasse! des! producteurs! primaires! (Arrigo! et! al.,! 2011!;! Falhey! &! Knapp,! 2007!;!Johnson!&!Martiny,!2015).!!
Initialement,!la!cytométrie!en!flux!était!une!méthode!automatisée!de!comptage!cellulaire!permettant! un!décompte!plus!rapide!et!précis!qu’un!comptage!manuel!par!microscopie!optique.!Outre!la!rapidité! d’acquisition! des! résultats,! cette! méthode! permet! notamment! de! compter! des! cellules! d’une! taille! inférieure!à!2!µm!et!une!distinction!de!grands!types!cellulaires,!comme!les!eucaryotes,!cyanobactéries! et! bactéries! hétérotrophes,! grâce! à! leur! propriété! autofluorescente! ou!via! un! marquage! avec! un! fluorochrome! (Figure! 24!;! Falhey! &! Knapp,! 2007!;! Li,! 1994!;! Marie! et! al.,! 2005!;! Veldhuis! &! Kraav,! 2000).!!
Chapitre)3)) ) L’analyse!des!isotopes!stables!est!une!méthode!largement!employée!pour!répondre!à!des!questions! de!définition!de!niche!écologique,!de!composition!de!régime!alimentaire,!de!processus!de!migration,! et!de!manière!générale,!pour!l’étude!du!fonctionnement!des!réseaux!trophiques!(Fry,!2006;!Bouillon! et!al.,!2012).!En!écologie,!les!isotopes!stables!des!atomes!de!carbone!et!d’azote!sont!principalement! utilisés! car! ils! sont! présents! dans! tous! les! organismes! et! ils! apportent! des! informations! complémentaires.! En! effet,! le! rapport! des! isotopes! stables! du! carbone! (12C! et!13C),! noté! δ13C,! varie! dans! les! producteurs! primaires! en! fonction! de! la! source! de! carbone! inorganique! utilisé! lors! de! la! photosynthèse!et!des!voies!de!synthèse!empruntées!(C3!ou!C4!;!Fry,!2006).!La!valeur!de!δ13C!dans!les! tissus! animaux! reflète! celui! de! leur! source! de! nourriture! (De! Niro! &! Epstein,! 1978).! Le! rapport! isotopique!des!atomes!d’azotes!(14N!et!15N),!noté!δ15N,!donne!une!indication!de!la!position!trophique! des!consommateurs!car!un!facteur!d’enrichissement,!typiquement!entre!2!et!4‰,!est!appliqué!sur!la! source!(Fry,!2006).!Ainsi!l’utilisation!combinée!de!ces!deux!isotopes!permet!de!faire!le!lien!entre!tous! les! organismes! et! fournit! des! informations! qualitatives! sur! les! transferts! de! matière! au! sein! d’un! réseau!trophique.! Figure' 24)Cytogrammes)d’un)mélange)de)huit)souches)d’eucaryotes)photosynthétiques)et)de)deux) souches)de)cyanobactéries)de)culture,)analysées)par)cytométrie)en)flux,)en)utilisant)la)fluorescence) naturelle)de)la)phycoérythrine)(orange))et)de)la)chlorophylle)(rouge).)Extrait)de)Marie)et)al.,)2005) ! Les!lipides!font!partie!des!constituants!de!base!de!la!matière!du!vivant.!Ils!constituent!un!groupe!de! substances!hétérogènes!insolubles!dans!l’eau!mais!solubles!dans!des!solvants!Les!lipides!sont!divisés! en!plusieurs!grandes!classes!dont!les!constituant!principaux!sont!les!acides!gras!(Budge!et!al.,!2006!;!
Chapitre)3)) )
Lee!&!Patton,!1989).!Ces!derniers!sont!la!forme!la!plus!simple!des!lipides!et!sont!les!précurseurs!des! phospholipides,!constituants!principaux!des!membranes!plasmiques!cellulaires!(Lee!et!al.,!2006).!Les! acides! gras! sont! stockés! et! transportés! sous! formes! de! triglycérides,! et! leur! oxydation! par! les! mitochondries! permet! la! libération! de! l’énergie! nécessaire! pour! assurer! les! diverses! fonctions! cellulaires! (Lodish! et! al.,! 2005).! Les! acides! gras! sont! les! molécules! essentielles! à! la! formation! des! cellules! chez! les! animaux! et! sont! la! principale! source! d’énergie! métabolique,! notamment! chez! les! larves!de!bivalves,!(Bergé!&!Barnathan,!2005!;!Delaunay!et!al.,!1992!;!Gallager!et!al.,!1986!;!Holland,! 1978!;!Waldock!&!Holland,!1978).!Les!animaux!marins,!s’ils!ont!la!capacité!de!synthétiser!des!acides! gras!saturés!(SFA!;!aucune!double!liaison!entre!les!atomes!de!carbone)!et!mono;insaturés!(MUFA!;!une! double! liaison),! ont,! pour! la! plupart,! une! capacité! limitée! à! biosynthétiser!de) novo)des! acides! gras! poly;insaturés! (PUFA!;! au! moins! deux! doubles! liaisons).! Les! acides! gras! sont! nommés! de! la! manière! suivante!:! A:BωC,! avec! A! le! nombre! de! carbones,! B! le! nombre! de! double! liaisons,! ω! le! sens! de! numérotation! des! doubles! liaisons! relatif! au! groupement! méthyl! terminal! (Δ! est! l’autre! sens! de! numérotation! relatif! au! groupement! carboxylique! terminal)! et! C! la! position! de! la! première! double! liaison.!La!voie!classique!de!biosynthèse!des!acides!gras!débute!par!la!formation!d’acides!gras!saturés! 16:0!et!18:0!à!partir!de!l’acetyl;CoA.!Par!la!suite!une!série!d’élongation!et!de!désaturation!s’opère!sur! la! chaîne! de! carbone! et! ce! en! fonction! des! enzymes,! élongase! et! désaturase,! présentes! chez! les! différentes! espèces.! La! différence! majeure! entre! les! producteurs! primaires! et! les! autres! organismes! est!la!présence!de!désaturases!Δ12!et!Δ15!qui!permettent!la!création!d’intermédiaires!métaboliques! primordiaux!:!les!acides!linoléique!(18:2ω6,!LA)!et!!α;linoléique!(18:3ω3,!LNA!;!Dalsgaard!et!al.,!2003!;! Figure! 25).! A! partir! de! ces! précurseurs,! les! acides! gras! eicosapentanoïques! (20:5ω3,! EPA),! docosahexaenoïques!(22:6ω3,!DHA)!et!arachidoniques!(20:4ω6,!AA)!sont!métabolisables!grâce!à!une! succession! d’élongations! et! de! désaturations! (Figure! 25).! Ces! acides! gras! sont! définis! comme! étant! essentiels! (EFA)! pour! les! organismes! marins! car! leur! capacité! de! synthèse! est! restreinte,! ainsi! leur! acquisition!résulte!uniquement!de!l’alimentation!(Dalsgaard!et!al.,!2003).!Bien!qu’en!général!les!EFA! ne!soient!pas!synthétisés!par!les!organismes!marins,!d’où!leur!qualificatif!d’essentiel,!quelques!études! ont!montré!que!des!larves!et!recrues!de!bivalves!pouvaient!synthétiser!de)novo!les!acides!gras!AA!et! EPA! (Da! Costa! et! al.,! 2012!;! Da! Costa! et! al.,! 2015!;! Neveian! et! al.,! 2003!;! Waldock! et! al.,! 1984).! Cependant,! il! n’est! pas! démontré! que! cette! seule! biosynthèse! d’EFA! subvienne! aux! besoins! métaboliques! des! bivalves,! suggérant! ainsi! la! nécessité! d’un! apport! exogène!via)l’alimentation! (Da! Costa!et!al.,!2015).!
Chapitre)3)) )
!
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Figure' 25) Voies) de) biosynthèse) des) acides) gras) essentiels) dans) les) algues) marines.) Extrait) de)
Toupoint)(2012))et)adapté)de)Dalsgaard)et)al.)(2003))et)références)associées.)LA:)acide)linoléique);) LNA) :) acide) α-linoléique);) AA) :) acide) arachidonique);) EPA) :) acide) eicosapentanoïque);) DHA) :) acide) docosahexaenoïque.)
!
Certaines! espèces! ou! groupes! taxonomiques! ont! la! capacité! unique! de! synthétisation! d’acides! gras! particuliers,! pouvant! être! utilisés! comme! biomarqueurs! de! ces! espèces! pour! permettre! leur! identification!dans!l’environnement!(Dalsgaard!et!al.,!2003!;!Meziane!et!al.,!1997!;!Tableau!7).!De!plus,! la!proportion!relative!d’acides!par!rapport!à!d’autres!donne!aussi!des!informations!semi;qualitatives! sur! la! composition! de! l’environnement! ou! de! la! ressource! trophique,! en! suggérant! par! exemple! la! dominance!d’une!espèce!par!rapport!à!une!autre!(Tableau!7).!De!ces!spécificités!résultent!le!concept! des! acides! gras! comme! marqueurs! trophiques! (Fatty! Acids! Trophic! Marker,! FATM)! basé! sur! une! incorporation!conservative!des!acides!gras!lors!de!l’ingestion!de!la!proie/plante!par!le!consommateur.! Ce! concept! rend! particulièrement! efficace! l’analyse! des! réseaux! trophiques! et! du! devenir! de! la! matière!organique!en!générale!puisque!la!présence!d’un!acide!gras!en!quantité!plus!ou!moins!grande,! ou! sa! proportion! relative! à! la! totalité! des! acides! gras,! sont! des! informations! pertinentes! pour! caractériser! les! ressources! trophiques! benthique! et! pélagique,! des! recrues! de! bivalves! (Dalsgaard! et! al.,!2003!et!références!associées).!!
! !
Chapitre)3)) ) Tableau'7)Liste)des)acides)gras)biomarqueurs) ! ! ! !
Chapitre)3)) ) ! Tableau'7)(suite)) ! ! ! Dans!le!but!de!déterminer!l’influence!de!l’environnement!trophique!des!jeunes!stades!de!bivalves!sur! le!renouvellement!de!leur!population,!il!est!nécessaire!de!définir!précisément!la!quantité!et!la!qualité! de! la! ressource! trophique! dont! ils! disposent.! Ainsi,! ce! chapitre! vise! à! étudier! la! dynamique! des! composantes!pélagiques!et!benthiques!de!la!ressource!trophique!des!recrues!de!bivalves!au!cours!de! deux! saisons! de! reproduction!via)l’utilisation! combinée! des! méthodes! d’analyses! par! cytométrie! en!
Chapitre)3)) )
saison! de! suivi! a! été! réalisée! sur! l’archipel! de! Chausey! afin! d’acquérir! des! données! de! base! sur! la! dynamique!qualitative!et!quantitative!de!la!MOP!(c.f.)Partie!1).!Une!seconde!saison!a!été!réalisée!sur! un!site!sélectionné!suite!aux!résultats!obtenus!lors!du!premier!suivi,!ce!qui!nous!a!permit!d’intégrer,! en! plus! de! la! MOP,! la! dynamique! de! la! ressource! trophique! potentielle! du! compartiment! benthique! (c.f.)Partie! 2).! Ainsi,! ce! chapitre! à! pour! objectifs! de! 1)! décrire! les! dynamiques! intra;annuelles! de! la! matière!organique!pélagique!et!benthique,!2)!comparer!ces!ressources!trophiques!entre!deux!années! et!3)!mettre!en!évidence!des!variables!susceptibles!d’influencer!le!recrutement!des!bivalves!en!vue!du! chapitre!IV!de!cette!thèse.!
Chapitre)3)) )
Chapitre)3)) ) !